Integración por partes
José A. Rangel M. 1
1. Introducción
Es conocida la dificultad que encuentra el estudiante al aplicar la fórmula de
integración por partes:
∫ u dv
= uv −
∫ v du .
Tal dificultad comienza en la
elección de las funciones u y v. Además, se sabe que hay integrales que no pueden
ser resueltas por partes como en
∫e
x
arcsen x dx .En este ensayo, se propone un método práctico (o más bien, sugerencias)
basado en las referencias bibliográficas citadas al final.
2. Elección de u y dv
En esta sección, se pretende dar esta elección apoyados en el texto [1].
Para
ello, se usa la palabra nemotécnica ILATE citada en dicho texto, con el siguiente
significado:
1
I:
funciones Inversas Trigonométricas;
L:funciones Logaritmo Neperiano;
A:
funciones Algebraicas;
T:
funciones Trigonométricas;
E:
funciones Exponenciales.
José A. Rangel M. es Licenciado en Matemática de la Facultad de Ciencias de la Universidad
Central de Venezuela (Caracas - Venezuela). Magister Scientae en Matemática de la Facultad de
Ciencias Universidad de los Andes (Mérida-Venezuela). Profesor Asociado adscritoal
Departamento de Matemática y Física de la Universidad Nacional Experimental del Táchira.
e-mail: rangelmoreno@cantv.net
Integración por partes en forma tabular
Para elegir “u”, se toma la primera función que ocurra de izquierda a derecha
en correspondencia con la palabra ILATE. Por ejemplo, en
∫ x sen x dx ,
u = x,
pues es la función algebraica. Con esa elección, dv es elresto, o sea: dv =
sen x dx. Tal como se observa, esta elección apoya la experiencia de lograr que la
segunda integral sea fácil de calcular.
A fin de esquematizar la fórmula de integración por partes, se usará el
siguiente diagrama:
u
dv
+
–
u'
v
Las flechas horizontales indicarán las integrales de dichos productos y la flecha
oblicua indicará el producto con signo, comenzandopor el signo mas (+). Nótese la
alternabilidad de los signos comenzando en la flecha oblicua con más (+).
Obsérvese que siguiendo el diagrama anterior, se obtiene la fórmula de integración
por partes:
∫ u dv
= uv −
∫ v du
La igualdad anterior admite la siguiente generalización:
∫ u v dx
= u v1 −
∫ u′ v
1
dx = u v 1 − u′ v 2 +
2
∫u
(2)
v 2 dx = "
JoséA. Rangel M.
= u v 1 − u′ v 2 + " +
( −1 ) ∫ u ( n ) v n dx ,
n
donde:
u ( i + 1) =
d i
u
dx
y
vi +1 =
∫ v dx
i
Es posible visualizar la fórmula anterior mediante el siguiente diagrama:
u
dv
+
u′
–
v
u′′
+
v1
#
#
#
( −1 ) n
u (n)
vn
Claramente, hay tres columnas: la izquierda donde están las derivadas sucesivas de
u,la central indica los productos diagonales con los signos alternados comenzando
con el signo
“+”
y la
derecha
que contiene las sucesivas primitivas (o
antiderivadas) de v.
Ejemplo 1. En la integral
∫ x sen x dx , el diagrama es:
u
x
1
dv
sen x
+
– cos x
–
Se obtiene:
3
Integración por partes en forma tabular
∫ x sen x dx
∫ cos x dx =
= − x cos x+
− x cos x + sen x + C
■
3. Distintos Casos:
3.1. Integrales de la forma:
∫
pn ( x)sen ax dx ;
∫
pn ( x) cos ax dx ;
∫
pn ( x) e ax dx .
donde pn(x) es un polinomio de grado n. Usando la palabra “ILATE”, se hace u =
pn(x) en todas estas integrales, pues es la función algebraica. La derivada (n+1)ésima de u es 0. En este caso, debajo de la columna de u, secolocarán las
derivadas sucesivas de u hasta llegar a 0. En la columna de dv, se escribirán las
integrales sucesivas de v.
Ejemplo 2. Tomando el ejemplo 1, se tiene que:
u
dv
x
+
sen x
1
–
– cos x
0
+
– sen x
Así:
∫
x sen x dx = − x cos x + sen x −
∫ 0 sen x dx
= − x cos x + sen x + C
Nótese que los signos para los productos diagonales son siempre...
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